小米11 Ultra机身长度：164.3毫米，宽度：74.6毫米，厚度：8.38毫米，重量：234g。
小米11 Ultra的正面设计大体延续了小米10 Pro的设计风格，维持了左上角布置的前置摄像头设计。
但小米11 Ultra的正面由小米10 Pro的左右两边收弧调整为四边收弧；尺寸也从小米10 Pro的6.67英寸（对角线）提高至6.81英寸（对角线），屏幕比例也从小米10 Pro的19.5:9调整至20:9，相较小米10系列而言变得更为修长。
小米11 Ultra的侧边框依然维持了铝合金材质，机身四周设有通信天线溢出带，通过与边框颜色相近的塑料注塑填充。
边框上部设有降噪麦克风、红外发射窗口及顶部副扬声器（集成听筒功能），右侧设有音量加减键及开关屏/电源键，下部设有SIM卡槽托架及弹出插孔、USB Type-C接口及主扬声器开孔，左侧则不设置任何开口。边框在控制按键附近变宽，向后盖区域稍作侵入，以保证按键区域的牢靠度。
小米11 Ultra的相机区域较小米11 Pro更为庞大，相机区域左半部为主摄传感器、超广角传感器及潜望式超长焦传感器；右侧则为了平衡视觉效果设置了一块副屏幕。副屏幕除显示时间外，也可在拍照时充当预览框使用。
三枚传感器与副屏幕共同被一块圆角长方形的黑色玻璃盖板覆盖，横向占据机身背板上部绝大部分区域，且凸出机身。小米11 Ultra则提供陶瓷黑、陶瓷白及大理石纹特别版三款配色，均采用氧化锆陶瓷材质的背板。
屏幕
小米11 Pro及小米11 Ultra共同采用了由三星显示提供的6.81英寸柔性AMOLED显示屏，与标准款小米11一致，为三星第四代AMOLED基材（E4)。
采用钻石型子像素排列方式，最高支持3200*1440的显示分辨率，像素密度（PPI）为515。支持最高1500nit的亮度以及900nit的激发亮度，并支持DCI-P3色域。
两款机型的屏幕保护玻璃均采用了康宁大猩猩玻璃Victus，据小米称，抗跌落能力达到了上一代的1.5倍，抗刮擦能力则是达到了上一代的2倍。